自适应控制和微分几何控制在风力发电系统中的应用

本文综述了近年来自适应控制、微分几何控制在风能转换系统稳定、最大风能捕获及调速系统控制等方面应用研究的主要成果与方法，并提出若干需要解决的问题。     

风力发电系统中的最优控制策略综述

综述了近年来最优控制在风能转换系统稳定、最大风能捕获及调速系统控制等方面应用研究的主要成果与方法,并提出若干需要解决的问题。     

风力发电系统运行控制技术综述

风力发电作为一种清洁的新能源具有重要的研究意义,风力发电系统运行控制策略直接关系着风力发电的效率、安全性和供电质量.本文针对风力发电系统运行控制技术的两个主要方面,即最大风能跟踪控制和恒功率控制,进行了研究和总结.     

一类非线性系统的微分与积分滑模自适应控制及其在电液伺服系统中的应用

针对一类参数不确定的非线性系统，提出了一种微分与积分滑模自适应控制策略。在滑模控制中引入积分控制项，消除了传统滑模变结构控制需要被跟踪信号导数已知的假设，同时基于Lyapunov方法引入参数自适应律，使系统具有优良的抗干扰特点。利用一非线性微分控制减弱了参数自动调整阶段引起的系统抖动。给出了积分滑模控制中切换函数的定义方法，以及非线性微分控制中微分系数的非线性函数表达式。采用该控制方法，对电液伺服系统的液压缸位置进行跟踪控制。仿真结果显示，该方法具有较强的鲁棒性及良好的跟踪性能。     

微分几何法与逆系统法在TCSC稳定控制中应用

介绍了基于坐标变换和反馈控制理论的2种反馈线性化方法,即微分几何法、逆系统法,提出无论在单变量还是在多变量仿射非线性系统中,微分几何法与逆系统是一致的,逆系统法更直接,更适合于工程应用。运用逆系统法推导了TCSC稳定控制器的控制原理,并与用微分几何法和用直接大范围线性化法设计的控制器进行比较,表明它们具有相同的控制效果,即均能提高电力系统的暂态稳定性。     

基于PI功率控制的风力发电系统仿真

利用Matlab/Simulink仿真软件,建立风力发电系统仿真模型。根据不同时间段的风速情况,对风力发电机组的转速进行调节控制,使其保持在最佳叶尖速比下运行,进而使用PI控制技术实现最大风能捕获。仿真结果表明:这种控制策略可以有效地提高风力发电系统的效率,能够对输出功率进行追踪控制。     

PMSG风力发电系统的最优跟踪增益调度控制

在分析了 PMSG (永磁同步发电机)风力发电系统数学模型的基础上,以额定风速以下风能的最大捕获为目标,采用最优跟踪控制方法在系统不同工作点处设计了最优跟踪控制器,采用了一种能够保证稳定性的差值方法以插值增益调度的形式构成 PMSG 风力发电控制系统,并在 Matlab 中建立了 PMSG 风力发电控制系统的仿真模型....     

基于数据的风能转换系统自适应控制

为了解决风能转换系统的建模困难问题,实现额定风速以下风能捕获率的最大化,根据数据驱动控制理论,在风能转换系统中采用基于数据的自适应控制方法。将风能转换系统用时变动态线性系统合理代替,利用风能转换系统的输入输出数据,通过投影估计算法获取动态线性系统的拟梯度向量,在线调整参与设计出自适应控制器。仿真结果表明采用基于数据的自适应控制方法能够有效地实现额定风速以下风能转换系统的最大风能捕获。     

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制

根据风力机的特性，探讨了追踪、捕获最大风能的方法；在分析双馈型异步发电机数学模型和磁场定向矢量变换控制的基础上，提出了变速恒频风力发电机的有功、无功功率解耦控制策略，详细的仿真研究验证了控制策略的正确性和可行性。     

基于电流源型变换器的多端直流风电系统

A current source converter based multi-terminal direct current(DC)wind energy conversion system(WECS)is proposed.The current source DC/DC converter is adopted to connect a wind turbine to an inverter with maximum power point control.Each turbine is associated with a DC source by parallel-connected to a common DC link.After DC power collection,a current source inverter(CSI)using gate turn-off components is used for the grid connection due to its flexible reactive power control and short circuit protection capabilities.For such a parallel connection configuration,the CSI operates in an input voltage control mode,which maintains the DC link voltage constant.The dynamic responses of combined mechanical and electrical systems are investigated with three different operation cases.Simulation and experimental results demonstrate the feasibility and stability of the current source DC/DC converter based multi-terminal DC WECS.     

Grid-connected Control Strategies for a Dual Power Flow Wind Energy Conversion System

A novel dual power flow (DPF) wind energy conversion system (WECS) based on an electrical variable transmission (EVT) machine is proposed recently. The structure of the novel EVT-based WECS, especially the grid-connected configuration, is different from any other existing WECSs. In this paper, the grid-connected control strategies of the DPF- WECS are proposed by controlling the DC-link and the inner rotor side converter, where the DC-link with and without the energy storage system (ESS) is considered separately. The relevant control strategies are presented to enhance the grid fault ride through capability of the DPF-WECS. Moreover, the maximum power point tracking control strategy and the pitch control strategy are also studied to implement the complete functionality of the DPF-WECS. The simulation model of the DPF-WECS is developed based on the EVT mathematical models and proposed control strategies. Finally, the simulation results verify the efficiency of the proposed control strategies for the DPF-WECS.     

Enhancement of Output Power Smoothing and Transient Stability of DFIG-Based Wind Energy Conversion System Using Optimized Controllers Parameters

In this paper, an attempt is made to tune the controllers of a doubly fed induction generator (DFIG)–based wind energy conversion system (WECS). The procedure is optimized to improve the performance of the WECS under both normal and transient operating conditions. It is shown that under normal operating conditions, the outer control loop of the rotor side converter, i.e., speed controller, affects the quality and quantity of output power. Therefore, to extract the maximum available power and smooth the power injected to the grid, this controller is tuned. On the other hand, other controllers affect the response of the DFIG during transient conditions. Thus, to improve the transient stability of the DFIG, the parameters of these controllers are tuned based on the eigenvalue analysis. To verify the performance of the proposed tuning method, comparisons between the proposed and conventional pole placement methods, under normal and fault operating conditions, are presented.     

提高大型风电机组恒转速段发电量的变桨策略

常规认为的额定风速以下的恒定最优桨距角在机组恒转速段并不一定是最优的。恒转速段的最大功率跟踪问题等同于特定转速下的气动转矩最大化问题,以提高发电量为目标分析了在两个恒转速段内切向力系数及法向力系数与桨距角的定性关系。分析表明,在恒最低转速段通过合理地正调桨距角可以提升切向力系数并提高发电量,且可减轻轴向推力等载荷;在恒最高转速段通过合理地负调桨距角可以提升切向力系数并提高发电量,但会增大轴向推力载荷;在两个恒转速段内特定风速下均存在其对应的最优桨距角,且最优桨距角随风速单调变化。针对最优桨距角难以直接量化的问题,根据定性分析结果推断出最优桨距角的合理表达式,并给出了表达式中参数的离线辨识方法。最后采用专业软件Bladed中的商用机组实际参数模型,从稳态和动态两方面对恒转速区提高发电量的变桨策略进行了验证,仿真结果很好地证明了分析的正确性,从而更好地指导机组提高发电量。     

新型发电机在风力发电系统中的应用

文章对用于风力发电系统中的新型发电机进行了综合评述，介绍了各种不同发电机的特点以及在风力发电系统中应用的优缺点，并结合市场的需要以及风力机应用的情况给出这些新型发电机的应用前景。     

先进控制技术在波浪发电系统中的应用

由于波浪储量丰富,具有随机性,如何控制波能转换系统捕获最大波能和控制并网电能质量成为波浪发电的核心问题。简述了波能转换装置实现最大波能捕获的方法,综述了滑模变结构控制、自适应控制、最优控制、智能算法、模糊控制、无源控制在控制最大波能捕获以及改善电能质量方面的研究成果。并提出未来的控制算法应是多种先进控制算法相结合。     

基于滑模变结构模型参考自适应的电气无级变速器无传感器控制

针对用于双功率流风力发电系统的电气无级变速器,提出了一种基于滑模变结构模型参考自适应系统观测器的新型无位置传感器控制策略。该方法将滑模变结构(SM)控制与模型参考自适应系统(MRAS)结合,以SM算法替代了传统MRAS算法中的比例积分(PI)环节。文中提出的SM-MRAS控制策略以磁链模型为可调模型,取代了传统的电流模型,简化了控制算法。同时采用了基于转速分段切换方法的改进型SM策略,用于SM-MRAS无传感器控制,减小抖振现象。本文建立了双功率流风力发电系统的实验平台,实验结果验证了提出的SM-MRAS无传感器控制策略对电气无级变速器内转子的有效性,并与传统MRAS控制策略进行了比较。     

Implementation of Matrix Converter in Wind Energy Conversion System with Modified Control Techniques

Abstract

In this article, different matrix converter (MC) control strategies are comprehensively explained. Further, an ultra-modified space vector modulation (UMSVM) of the MC is proposed. The total harmonic distortion for both output voltage and current is reduced, when the proposed UMSVM technique is applied. Moreover, a modified indirect space vector modulation with feed forward controller (MISVMFC) of the MC is also proposed in order to obtain a fixed output voltage and frequency for different wind speeds. The advantages of the MC are introduced in this article. These advantages include the wide range of the output frequency of MC, which may be greater than the input frequency and the control of both the output voltage magnitude and input displacement factor (IDF). Extensive theoretical and simulation results about conventional and proposed control techniques for the MC are presented. Experimental test bench is constructed and several experimental results are obtained. The experimental results validate the simulation ones.